Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта

Марков Сергей Николаевич

empty-line/>

Теперь вычислим разности третьего порядка.

Мы видим, что разности третьего порядка постоянны. Как бы долго мы ни продолжали исходную последовательность, в данном случае разности третьего порядка будут неизменно представлять собой шестёрки. Если бы исходный многочлен имел степень 4, например y = x⁴ или y = 2x⁴ + 3x² + 5x + 1, то нам пришлось бы использовать уже четыре порядка разностей, и в четвёртом порядке мы снова получили бы неизменные значения. Используя эту закономерность, несложно теперь продолжить исходную последовательность. Поскольку четвёртой разностью третьего порядка у нас будет всё та же шестёрка, мы можем вычислить пятую разность второго порядка: 24 + 6 = 30. Теперь шестую разность первого порядка: 61 + 30 = 91

и, наконец, седьмой элемент исходной последовательности: 125 + 91 = 216. И действительно, 6³ = 216.

Расчёты в рамках проекта де Прони заняли около десятилетия, в 1801 г. таблицы были готовы к печати, однако их изданию помешала череда финансовых и политических кризисов, в которую погрузилась Франция начала XIX в. Необходимая для печати сумма средств так никогда и не была найдена, и единственным результатом проекта, доступным Бэббиджу в 1819 г., стала рукописная версия таблиц, хранившаяся в библиотеке Французской академии наук.

2.4.2 Доработка таблиц «Морского альманаха». Первая модель разностной машины

В 1820 г., вернувшись в Англию, Бэббидж вместе с Джоном Гершелем становятся участниками собственного проекта, связанного с табличными расчётами. Только что основанное Астрономическое общество поручает им заняться улучшением астрономических таблиц «Морского альманаха» (The Nautical Almanac). Это издание вело свою историю с 1766 г., когда британское правительство поручило его ежегодный выпуск королевскому астроному Нэвилу Маскелайну. Маскелайн неслучайно стал руководителем одного из первых в мире постоянных проектов по подготовке математических таблиц [177] (первым подобным проектом был всё же французский ежегодник «Знание времени или движение звёзд» (Connaissance des Temps ou des mouvements celestes)) [178] . Именно он был одним из авторов «метода лунных расстояний» (Маскелайн основывался на работах, прежде всего, Тобиаса Майера, уже упоминавшегося в этой книге Жан-Батиста Морена, а также, по всей видимости, Никола Луи де Лакайля и Жозефа Жерома Лефрансуа де Лаланда [179] ), позволяющего вычислять гринвичское время на основании измерения угла между Луной и другими небесными телами. Зная гринвичское время, можно затем достаточно точно определить географическую долготу без использования спутников GPS или ГЛОНАСС, которые в конце XVIII в. ещё не были запущены на орбиту [180] .

177

Computing the Nautical Almanac, Called the "Seaman's Bible" / Jeremy Norman's HistoryOfInformation.com // http://www.historyofinformation.com/expanded.php?id=485

178

May W. E., Jones S. S. D., Howard J. L., Logsdon T. S., Anderson E. W., Richey M. W. Navigation | technology / Encyclopaedia Britannica // https://www.britannica.com/technology/navigation-technology#ref363598

179

Higgitt R., Dunn R., Jones P. (2016). Navigational Enterprises in Europe and its Empires, 1730—1850. Palgrave Macmillan UK // https://books.google.ru/books?id=K8ObCwAAQBAJ

180

Parkinson B. W., Stansell T., Beard R., Gromov K. (1995). A History of Satellite Navigation / Navigation, Vol. 42, pp. 109–164 // https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/j.2161-4296.1995.tb02333.x

Конечно, гринвичское время можно было узнать при помощи корабельного хронометра, однако такие устройства в конце XVIII — начале XIX в. только начинали входить в обиход и были ещё слишком дороги или недостаточно точны: механические часы трудно сделать точными в условиях морской качки. Во многом благодаря литературному таланту писательницы Давы Собел с её монументальным бестселлером «Долгота» (а затем и одноимённому телесериалу) сформировался образ Маскелайна-злодея, антагониста Джона Гаррисона — гениального изобретателя первого морского хронометра, позволившего определять долготу на корабле в море с точностью до 1°. Однако действительность была куда более прозаичной — «Морской альманах» и метод лунных расстояний вплоть до второй половины XIX в. оставались более практичной и дешёвой альтернативой дорогим и капризным механическим устройствам [181] . Прозванный «Библией моряка» [182] альманах Маскелайна сделал навигацию гораздо точнее, однако точность таблиц, публиковавшихся в нём, часто оставляла желать лучшего: она сильно зависела от аккуратности вычислений, выполняемых вручную людьми, к тому же разделёнными географически.

181

Stephanie P. (2011). Into the breeches: A makeover for Longitude’s villain / New Scientist, Iss. 2814, published 28 May // https://www.newscientist.com/article/mg21028141-500-into-the-breeches-a-makeover-for-longitudes-villain/

182

Computing the Nautical Almanac, Called the "Seaman's Bible" / Jeremy Norman's HistoryOfInformation.com // http://www.historyofinformation.com/expanded.php?id=485

Бэббидж и Гершель начали свою работу над доработкой таблиц «Морского альманаха» с того, что выбрали необходимые для вычислений формулы и распределили расчёты среди клерков. Чтобы уменьшить число ошибок, каждое из вычислений осуществлялось параллельно двумя независимыми вычислителями, а затем полученные результаты подвергались сравнению. В ходе утомительных проверок Гершель и Бэббидж обнаружили ряд ошибок, и в какой-то момент Бэббидж, обращаясь к небесам, сказал, что хочет, чтобы подобные вычисления осуществлялись при помощи

пара, на что Гершель заметил, что подобное вполне возможно.

Впрочем, если верить более поздней автобиографии Бэббиджа, первые мысли об автоматизации табличных расчётов возникли у него ещё раньше. Припоминая эпизод, произошедший в 1812 или 1813 г., Бэббидж пишет: «…Я сидел в помещении Аналитического общества, в Кембридже, склонив голову над столом в каком-то мечтательном настроении, с лежащей передо мной таблицей логарифмов. Другой член общества вошёл в комнату и, увидев меня в полудрёме, спросил: „Что, Бэббидж, о чём мечтаешь?“ На что я ответил: „Я думаю, что все эти таблицы (тут я указал на логарифмы) могут быть рассчитаны машинами“» [183] .

183

Dalakov G. The Differential Engine of Charles Babbage / History of Computers: hardware, software, internet… // http://history-computer.com/Babbage/DifferentialEngine.html

Уникальная роль Бэббиджа в обработке информации в XIX в. связана с тем, что он одновременно был математиком и экономистом: как математик он видел потребность в надёжных таблицах и знал принципы их создания, но именно как экономист он оценил значимость организационных технологий де Прони и был способен развить их. Де Прони разработал свой метод на основе принципов производства в то время, когда фабричная организация базировалась на ручном труде с применением чрезвычайно простых инструментов, но за последующие тридцать лет производство сделало огромный шаг вперёд. На смену рабочим фабрик по производству булавок, подобных фабрике, описанной Адамом Смитом, в определённый момент пришли машины. Машину для производства булавок изобрёл Джон Айленд Хоув в 1832 г., а спустя семь лет его фабрика в Коннектикуте уже производила 72 000 булавок в сутки [184] . Бэббидж решил, что, вместо того чтобы воспроизводить трудоёмкие и дорогостоящие процессы де Прони, он применит новейшие производственные технологии и создаст машину для изготовления таблиц. Бэббидж назвал её «разностной машиной» (Difference engine), поскольку в её основу должен был лечь всё тот же «метод разностей», использовавшийся де Прони [185] .

184

Howe J. (April 1840). “Manufacture of Pins”. American Journal of Science and Arts. 38 (1): Appendix, p. 3 // https://archive.org/stream/mobot31753002152160#page/n225/mode/2up/search/howe

185

Campbell-Kelly M., Aspray W., Ensmenger N., Yost J. R. (2013). Computer: A History of the Information Machine. Avalon Publishing // https://books.google.ru/books?id=0MZVDgAAQBAJ

Бэббидж знал, что большая часть ошибок в таблицах связана не с расчётами, а с типографскими огрехами, поэтому проект машины изначально предполагал наличие печатного устройства. Примерно в 1820 или в 1821 г. Бэббидж начал работу над машиной, разработав несколько конструкций вычислительных механизмов, способных приводить в движение наборы печатающих колёс. Он сделал небольшую модель, состоящую из 96 колёс и 24 осей, а затем уменьшил число колёс до 18, а осей — до 3. Машина была готова к исходу весны 1822 г., а в июне — продемонстрирована членам Астрономического общества [186] .

186

Babbage C., Morrision P., Morrison E. (2013). On the Principles and Development of the Calculator and Other Seminal Writings. Dover Publications // https://books.google.ru/books?id=FTXyAAAAQBAJ

Рабочая модель включала в себя расчётный механизм, позволяющий работать с разностями второго порядка, однако механизм печати отсутствовал. В ходе демонстрации модель успешно вычислила тридцать значений выражения x² + x + 41 — это был излюбленный пример Бэббиджа, поскольку он содержал много простых чисел. Машина выдавала правильные результаты со скоростью 33 цифры в минуту, поэтому демонстрационный расчёт занял в общей сложности две с половиной минуты [187] .

187

Dalakov G. The Differential Engine of Charles Babbage / History of Computers: hardware, software, internet… // http://history-computer.com/Babbage/DifferentialEngine.html

2.4.3 Развитие и проблемы проекта разностной машины

Учёный применил незаурядный талант публициста для продвижения проекта разностной машины. Он начал свою кампанию с того, что в 1822 г. написал открытое письмо президенту Королевского общества сэру Хамфри Дэви, предлагая выделить для строительства машины государственное финансирование. Бэббидж утверждал, что точные навигационные таблицы имеют особую важность для морской и индустриальной державы, а его разностная машина обойдётся намного дешевле, чем почти сто контролёров и людей-счётчиков проекта де Прони. Учёный за свой счёт организовал публикацию письма в прессе и позаботился о том, чтобы оно попало в руки влиятельных людей. В результате в 1823 г. он получил государственное финансирование в размере 1500 фунтов стерлингов на постройку разностной машины, с возможностью увеличения в случае необходимости. Бэббидж сумел убедить большую часть научного сообщества поддержать его проект. Как утверждали сторонники Бэббиджа, идеальная точность разностной машины позволит полностью избавиться от ошибок. Изобретатель также намекал на то, что ошибки в «Морском альманахе» могут привести к затруднениям или даже к опасностям в мореплавании. Его друг Гершель ещё немного сгустил краски и писал: «Незаметная ошибка в логарифмической таблице похожа на скрытую подводную скалу в море; кто знает, какие крушения она может вызвать?» Постепенно опасность наличия ошибок в таблицах превратилась в страшные рассказы о том, что навигационные таблицы полны ошибок, которые постоянно приводят к кораблекрушениям. Историкам не удалось найти подтверждений подобным заявлениям, однако необходимость создания более точных таблиц была очевидна.